JP2023546080A - Catalyst bed containing particulate photocatalytic catalyst - Google Patents
Catalyst bed containing particulate photocatalytic catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023546080A JP2023546080A JP2023522773A JP2023522773A JP2023546080A JP 2023546080 A JP2023546080 A JP 2023546080A JP 2023522773 A JP2023522773 A JP 2023522773A JP 2023522773 A JP2023522773 A JP 2023522773A JP 2023546080 A JP2023546080 A JP 2023546080A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particles
- semiconductor
- catalyst bed
- oxide
- semiconductor material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 63
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 155
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 123
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 98
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 28
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 11
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 claims description 7
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 5
- -1 Ce 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical group [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007539 photo-oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 2
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 2
- 150000001455 metallic ions Chemical class 0.000 claims 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 claims 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 abstract 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 7
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 3
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 229910000421 cerium(III) oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten(VI) oxide Inorganic materials O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005169 Debye-Scherrer Methods 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005451 FeTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017586 La2S3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910001308 Zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- NNGHIEIYUJKFQS-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)iron;zinc Chemical compound [Zn].O[Fe]=O.O[Fe]=O NNGHIEIYUJKFQS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002256 photodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8671—Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/88—Handling or mounting catalysts
- B01D53/885—Devices in general for catalytic purification of waste gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/08—Silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/51—Spheres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0201—Impregnation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20707—Titanium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/80—Type of catalytic reaction
- B01D2255/802—Photocatalytic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本発明は、特定の光触媒触媒を含む触媒床に関する。床は、無機材料から作られた構造化粒子bを、光触媒特性を有する少なくとも1種の半導体材料aと組み合わされて含み、その組み合わせは、-無機材料で作られた構造化粒子bを粒子の形態にある半導体材料aと混合すること、および/または-無機材料で作られた構造化粒子b上の半導体材料aの化学的または物理化学的な堆積によって生じさせられ、構造化粒子bは、実質的に球状の形状であり、かつ、平均径が22nm~8.0μmである。The present invention relates to catalyst beds containing specific photocatalytic catalysts. The bed comprises structured particles b made of an inorganic material in combination with at least one semiconductor material a having photocatalytic properties, the combination comprising structured particles b made of an inorganic material; and/or - chemical or physicochemical deposition of the semiconductor material a on structured particles b made of inorganic material, the structured particles b It has a substantially spherical shape and an average diameter of 22 nm to 8.0 μm.
Description
本発明は、光触媒作用の分野に関し、光触媒材料と接触させることによって液相または気相を処理することを目的とし、適切な波長範囲で発光する光源で照射されることになる。本発明は、より詳細には、新しいタイプの光触媒材料、その調製方法およびその用途に関する。 The present invention relates to the field of photocatalysis and is aimed at treating a liquid or gas phase by contacting it with a photocatalytic material, which will be irradiated with a light source emitting in a suitable wavelength range. The present invention relates more particularly to a new type of photocatalytic material, a method for its preparation and its uses.
光触媒作用は、光照射によって提供されるエネルギーを用いて光触媒として作用する半導体の活性化の原理に基づいている。半導体は、そのバンドギャップによって、すなわち、その伝導帯とその価電子帯との間のエネルギー差によって特徴付けられ、エネルギー差は、半導体に特有である。光触媒作用は、光子の吸収として定義され得、そのエネルギーは、価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップ幅よりも大きく、これは、半導体の場合に、電子-正孔対の形成を誘発する。電子の伝導帯への励起、および価電子帯上の正孔の形成がある。この電子-正孔対により、フリーラジカルの形成を可能にすることになり、フリーラジカルは、媒体中に存在する化合物と反応して、酸化/還元反応を開始するか、あるいはまた、種々のメカニズムにしたがって再結合することになる。バンドギャップよりも大きいエネルギーを有するあらゆる光子は、半導体によって吸収され得る。そのバンドギャップよりも低いエネルギーを有する光子は、半導体によって吸収され得ない。 Photocatalysis is based on the principle of activation of semiconductors that act as photocatalysts using the energy provided by light irradiation. Semiconductors are characterized by their bandgap, ie, the energy difference between their conduction band and their valence band, which is characteristic of semiconductors. Photocatalysis can be defined as the absorption of photons, the energy of which is greater than the bandgap width between the valence band and the conduction band, which in the case of semiconductors induces the formation of electron-hole pairs. do. There is excitation of electrons into the conduction band and formation of holes on the valence band. This electron-hole pair allows the formation of free radicals, which can react with compounds present in the medium and initiate oxidation/reduction reactions, or alternatively by various mechanisms. will be recombined accordingly. Any photon with energy greater than the bandgap can be absorbed by the semiconductor. Photons with energy lower than its bandgap cannot be absorbed by the semiconductor.
適用分野は膨大である:光触媒作用は、それ故に、ガス状媒体の除染を操作するため、特に、酸化により、VOC(Volatile Organic Compounds:揮発性有機化合物の頭字語)のタイプの化合物を転化するため、または、液体媒体(例えば、トルエン、ベンゼン、エタノールもしくはアセトンを含有している)を処理するために用いられ得る。光触媒作用は、ガス状媒体のCO2を、還元によって転化するためにも用いられ得、アップグレード可能な化合物、特に、1つまたは複数の炭素を有するもの、例えば、CO、メタン、メタノール、カルボン酸、ケトンまたは他のアルコールにそれを転化する:CO2は、それ故に、大気中のその含有率を低下させるように捕捉および貯蔵されるのではなく、能動的に転化される。液状またはガス状の媒体の水の光分解を実施して、アップグレード可能な水素H2を、特に低炭素エネルギー源として生じさせることも可能である。 The fields of application are vast: photocatalysis is therefore used to manipulate the decontamination of gaseous media, in particular the conversion of compounds of the type VOC (Volatile Organic Compounds) by oxidation. It can be used to treat liquid media such as those containing toluene, benzene, ethanol or acetone. Photocatalysis can also be used to convert CO 2 in gaseous media by reduction into upgradeable compounds, especially those with one or more carbons, such as CO, methane, methanol, carboxylic acids. , converting it into ketones or other alcohols: CO 2 is therefore actively converted rather than being captured and stored to reduce its content in the atmosphere. It is also possible to carry out photolysis of water in liquid or gaseous media to produce upgradable hydrogen H2, especially as a low carbon energy source.
多孔質モノリスの形態にある光触媒材料が特許文献1から知られている。この光触媒材料は、モノリスの全重量に対して20重量%~70重量%のTiO2と、モノリスの全重量に対して30重量%~80重量%のシリカ、アルミナまたはシリカ-アルミナから選ばれる耐火性酸化物とを含有し、0.19g/mL未満の嵩密度を有し、特定の多孔度を、特にマクロ多孔度およびメソ多孔度に関して有している。これは、それ故に、その光触媒特性の源である半導体(酸化チタン)と、1種または2種の耐火性酸化物とを組み合わせ、酸化チタンから全体的に構成される材料で得られるであろうものよりも優れた光触媒の性能品質をもたらす特定の多孔度をさらに有する材料に関する。 A photocatalytic material in the form of a porous monolith is known from US Pat. The photocatalytic material is a refractory selected from silica, alumina or silica-alumina, with an amount of TiO 2 ranging from 20% to 70% by weight relative to the total weight of the monolith and from 30% to 80% by weight relative to the total weight of the monolith. oxide, has a bulk density of less than 0.19 g/mL, and has a certain porosity, in particular with respect to macroporosity and mesoporosity. This would therefore be obtained in a material consisting entirely of titanium oxide, combining the semiconductor (titanium oxide) that is the source of its photocatalytic properties with one or two refractory oxides. It also relates to a material having a certain porosity which results in better photocatalytic performance qualities than those described above.
本発明の主題は、したがって、特に光触媒の性能品質がさらに改善され、さらに実施および/または製造が改善された、改善された光触媒材料の開発にある。 The subject of the present invention therefore lies in the development of improved photocatalytic materials, in particular in which the performance qualities of the photocatalyst are further improved and the implementation and/or production further improved.
(発明の概要)
本発明は、まず第一に、粒状光触媒性触媒を含んでいる触媒床に関し、前記床は、鉱物材料から作られた構造化粒子bを含み、この構造化粒子は、光触媒特性を有する少なくとも1種の半導体材料aと組み合わされ、この組み合わせは、以下
- 鉱物材料から作られた構造化粒子bを、粒子の形態にある半導体材料aと混合すること、および/または
- 鉱物材料から作られた構造化粒子b上の半導体材料aの化学的または物理化学的な堆積
によって生じさせられ、
前記構造化粒子bは、本質的に球形状であり、22nm~8.0μm、好ましくは30nm~7.5μmの平均径を有する。
(Summary of the invention)
The invention relates, first of all, to a catalyst bed comprising particulate photocatalytic catalysts, said bed comprising structured particles b made of mineral material, said structured particles having at least one particle having photocatalytic properties. a semiconducting material a, the combination comprising: mixing structured particles b made of a mineral material with a semiconducting material a in the form of particles, and/or made of a mineral material produced by chemical or physicochemical deposition of semiconductor material a on structured particles b;
The structured particles b are essentially spherical and have an average diameter of 22 nm to 8.0 μm, preferably 30 nm to 7.5 μm.
本発明が対象とする鉱物材料は、電気絶縁体タイプのものであるため、光触媒作用に対して本質的に不活性である:それは、バンドギャップが6eVより大きい材料である。 The mineral material to which the present invention is directed is of the electrical insulator type and is therefore essentially inert towards photocatalysis: it is a material with a bandgap greater than 6 eV.
好ましくは、この触媒床は、(特に流動床とは対照的に)固定床であることが意図される。 Preferably, this catalyst bed is intended to be a fixed bed (in particular as opposed to a fluidized bed).
本発明は、それ故に、電子-正孔対の生成を可能にし、そのため望みの光触媒反応を可能にする半導体材料の照射の対象となる波長の範囲に応じて、半導体材料ではない鉱物材料中に半導体材料を、この鉱物材料の粒子のサイズを較正することによって分散させることを選んだ。これは、従来、光触媒作用の分野では、照射源が、UV-A、UV-Bおよび/または可視の範囲で選ばれ、従来の半導体材料、例えば、酸化チタンを活性化することができる波長の範囲を規定するためである。 The present invention therefore provides a solution to the problem in mineral materials that are not semiconductor materials, depending on the range of wavelengths targeted for irradiation of the semiconductor material, which allows the generation of electron-hole pairs and thus the desired photocatalytic reaction. We chose to disperse the semiconductor material by calibrating the size of the particles of this mineral material. This means that traditionally, in the field of photocatalysis, radiation sources are chosen in the UV-A, UV-B and/or visible range, with wavelengths capable of activating conventional semiconductor materials, e.g. titanium oxide. This is to define the range.
実際のところ、本発明は、球形であり、かつ、特定の平均径を有する鉱物材料から作られた粒子(ここでは構造化粒子と呼ばれる)を選ぶことによって、優先的に入射放射線の方向に放射線の最適な散乱を引き起こすことにより、ミー散乱という用語下に知られているものを利用する:ミー散乱は、入射放射線の波長に直接的に関連しており、半径が問題の波長の0.1~10倍である球形粒子についてその入射軸における放射線の優先的散乱を示している。本発明の構造化粒子は、それらの適宜調節された径を有するものであり、それ故に、UV-A線から可視範囲までの範囲における照射の有効性を増幅させることになる:それらは、触媒床の表面から主に入射方向に放射線を散乱させることになるため、半導体材料が照射される可能性を大幅に高め、そのために、その光触媒能を向上させる。これは、触媒床内の入射放射線の浸透の深さがより深くなり、放射線が到達することが困難な半導体材料の領域に放射線が到達することが可能になるためである。 As a matter of fact, the present invention provides a method of directing radiation preferentially in the direction of the incident radiation by choosing particles (herein referred to as structured particles) made of mineral material that are spherical and have a certain average diameter. We exploit what is known under the term Mie scattering by causing an optimal scattering of: Mie scattering is directly related to the wavelength of the incident radiation, with a radius of 0.1 of the wavelength in question. shows preferential scattering of radiation at its axis of incidence for a spherical particle that is ~10 times larger. The structured particles of the invention have their suitably adjusted diameter and therefore amplify the effectiveness of irradiation in the range from UV-A radiation to the visible range: they It will scatter the radiation mainly in the direction of incidence from the surface of the bed, thereby significantly increasing the possibility of irradiation of the semiconductor material and thus improving its photocatalytic ability. This is because the penetration depth of the incident radiation within the catalyst bed is deeper, allowing the radiation to reach areas of the semiconductor material that are difficult for the radiation to reach.
同じように構成されるが、この径範囲の外側の粒子および/または非球形である粒子を有する材料と比較して、材料の光触媒の性能品質は、2倍、実際には3または4倍、一層実際には、最も好ましい構成において10倍以上向上させられ得ることが発見され、本発明の実施に大きな柔軟性を与えている。このように、触媒の性能品質とコストのどちらを優先させるかに応じて、半導体量を同一にして材料の性能品質をできる限り増幅させるか、またはより少ない程度にそれを増幅させるか、または材料中の半導体の量を少なくして最低限同一にそれを維持するかを選ぶことが可能である。 Compared to materials that are similarly constructed but have particles outside this diameter range and/or that are non-spherical, the photocatalytic performance quality of the material is doubled, in fact three or four times more Even more in practice, it has been discovered that improvements of ten times or more can be achieved in the most preferred configurations, giving great flexibility in the implementation of the invention. Thus, depending on whether you prioritize the performance quality or cost of the catalyst, you can either amplify the performance quality of the material as much as possible with the same amount of semiconductor, amplify it to a lesser extent, or It is possible to choose to reduce the amount of semiconductor inside and keep it at least the same.
本発明は、材料を構成するための2つの代替的または累積的な変形を提供し、それらは両方ともそれらの利点を有する;
2種のタイプの粒子である、構造化粒子および半導体粒子による変形が有利であるのは、製造が簡単であるため、2種のタイプの材料を一体化することが求められないため、および調製が2種の粉末の混合のみをベースとし、化学反応、熱処理などを伴わないためである。この変形により、触媒床のあらゆる形状およびあらゆる寸法への非常に容易な適合も可能となる。それにより、現場内(in situ)で、床が配置されなければならない反応器内で直接的に、先行する事前調整なしに、特に2種のタイプの粒子の間の割合をケースバイケースで容易に適合させることによって、床を形成することが可能となるが、2つのタイプの粒子の間で可能な限り均一な混合を確実にするのに適したデバイスを提供することを除く。事前に混合物を調整して、1種の生成物のみを堆積させて床を形成するようにすることも可能である。
The present invention provides two alternative or cumulative variations for configuring the material, both of which have their advantages;
Variations with two types of particles, structured particles and semiconducting particles, are advantageous because they are simple to manufacture, do not require the integration of two types of materials, and because they are easy to prepare. This is because it is based only on a mixture of two types of powder and does not involve chemical reactions, heat treatment, etc. This modification also allows very easy adaptation to any shape and any size of the catalyst bed. Thereby, in situ, directly in the reactor in which the bed has to be placed, it is possible to easily adjust the ratio between two types of particles on a case-by-case basis, without prior pre-conditioning. It is possible to form a bed by adapting the granules, except by providing a suitable device to ensure as homogeneous a mixing as possible between the two types of particles. It is also possible to prepare the mixture beforehand so that only one product is deposited to form a bed.
構造化粒子上に半導体を化学的/物理化学的に堆積させることからなる他の変形も利点を示す:それは、半導体のコントロールされた分布、2種の材料の相互作用に有利に働くそれらの間の統合を、特にこの場合、粒子によって散乱される放射線に関して確実にする。このようにして、反応器中に触媒床を形成するための「即使用」生成物をそれは提供する。構造化粒子は、完全にまたは部分的にのみ半導体によってカバーされ得ることが留意されるべきである。この変形によると、半導体材料の堆積がないままであるような特定の割合の構造化粒子についての提供もなされ得ることも留意されるべきである。 Other variants consisting of chemical/physicochemical deposition of semiconductors onto structured particles also show advantages: a controlled distribution of the semiconductors, which favors the interaction of the two materials between them. in particular with respect to the radiation scattered by the particles in this case. In this way, it provides a "ready to use" product for forming the catalyst bed in the reactor. It should be noted that the structured particles can be completely or only partially covered by the semiconductor. It should also be noted that according to this variant, provision can also be made for a certain proportion of structured particles that remains free of deposition of semiconductor material.
有利には、構造化粒子は、(本質的に)球形でありかつ固体である:それらが固体であることは、それらに、より良好な機械的特性、より良好な機械的強度、耐摩耗性、耐摩滅性などを与える。 Advantageously, the structured particles are (essentially) spherical and solid: their solidity gives them better mechanical properties, better mechanical strength, wear resistance. , provides wear resistance, etc.
好ましくは、床内の粒子の全ては、無秩序に配置される。これは、驚くべきことに、この無秩序化が材料の光触媒性能品質に関して有益であったことが分かったためである。「無秩序化された」という用語は、材料の粒子が整然と並んでおらず、三次元に整列した粒子の層を形成していないという事実を意味すると理解される。本発明による材料は、このように、材料内にランダムに配置された不均一なサイズおよび位置の粒子間空間を示す。さらに、これらの空間は、(異なるサイズおよび形状の)粒子の混合物の変形か、または1種類の粒子(半導体により少なくとも部分的にカバーされた構造化粒子)のタイプのみを有する変形かのいずれが関与するかに応じて異なる。 Preferably, all of the particles within the bed are randomly arranged. This is because, surprisingly, this disordering was found to be beneficial regarding the photocatalytic performance quality of the material. The term "disordered" is understood to mean the fact that the particles of the material are not arranged in an orderly manner and do not form a layer of three-dimensionally ordered particles. The material according to the invention thus exhibits interparticle spaces of non-uniform size and position randomly arranged within the material. Furthermore, these spaces can be either a variant of a mixture of particles (of different sizes and shapes) or a variant with only one type of particle (a structured particle covered at least partially by a semiconductor). Depends on what's involved.
好ましくは、床が半導体材料aを粒子の形態で含有する場合、前記粒子は、最高100nm、特に最高50nm、かつ、最低5nm、好ましくは10~30nmの平均寸法を示す。この場合、これらの粒子は、球形ではなく、あるいは必ずしもそうではなく、それらの平均寸法は、照射放射線の波長によって条件調整されるものではないことが留意されるべきである。 Preferably, if the bed contains the semiconductor material a in the form of particles, said particles exhibit an average size of at most 100 nm, in particular at most 50 nm, and at least 5 nm, preferably from 10 to 30 nm. It should be noted in this case that these particles are not, or necessarily not, spherical and their average size is not conditioned by the wavelength of the irradiating radiation.
好ましくは、本発明による触媒床は、光触媒床における空隙容積対空隙および粒子から構成される床の全容積の比に等しい空隙率:最低40%、かつ、好ましくは最高80%、特に40%~70%を示す。この空隙率は、間接的に、上述の材料の無秩序な配置の指標である。これは、完全に組織化された球体に関する場合に空隙率は最小であり、本発明による空隙率は、この最小比率よりも大きいためである。 Preferably, the catalyst bed according to the invention has a porosity equal to the ratio of the void volume in the photocatalyst bed to the total volume of the bed composed of voids and particles: a minimum of 40% and preferably a maximum of 80%, in particular from 40% It shows 70%. This porosity is indirectly an indicator of the disordered arrangement of the materials mentioned above. This is because the porosity is minimal when it comes to perfectly organized spheres, and the porosity according to the invention is greater than this minimum ratio.
好ましくは、本発明による触媒床は、鉱物材料から作られた構造化粒子bによって占められる体積対半導体材料(1種または複数種)a、a’と鉱物材料から作られた構造化粒子bの合計によって占められる体積の比に等しい「希釈率」:最高80%、特に5%~70%、好ましくは10%~50%を示す。この最高80%の希釈率は、半導体材料aを鉱物材料から作られた構造化粒子b上に化学的または物理化学的に堆積させる場合に特に選ばれるが、当然ながら、本発明の両方の変形に適用することができる。 Preferably, the catalyst bed according to the invention has a ratio of the volume occupied by structured particles b made of mineral material to the volume occupied by structured particles b made of semiconducting material(s) a, a' and of structured particles b made of mineral material. "Dilution factor" equal to the ratio of the volume occupied by the sum: maximum 80%, in particular 5% to 70%, preferably 10% to 50%. This dilution rate of up to 80% is chosen in particular when the semiconductor material a is chemically or physicochemically deposited onto structured particles b made from mineral materials, but it is understood that both variants of the invention It can be applied to
この「希釈率」という用語は、先験的に全く活性でないか、またはほとんど活性でない構造化粒子に対する活性材料(半導体)の割合を反映するように用いられる。この希釈率が高いほど、構造化粒子の量が多くなる。後述の実施例から、この希釈率は、材料の光触媒性能品質を全体として低下させることなく、実際には向上させながらも、増加させられ得ることが分かるだろう。材料、特に半導体の密度が半導体ごとに大きく変動し得る限り、質量によるよりも体積による希釈率で推論することがより賢明である。 This term "dilution ratio" is used to reflect the proportion of active material (semiconductor) to structured particles that are a priori not at all or only slightly active. The higher the dilution rate, the greater the amount of structured particles. It will be seen from the examples below that this dilution rate can be increased without reducing, and in fact improving, the photocatalytic performance quality of the material as a whole. Insofar as the density of materials, especially semiconductors, can vary widely from semiconductor to semiconductor, it is more prudent to make inferences in terms of dilution by volume than by mass.
本発明の1つの実施形態において、触媒床は、(少なくとも)2種の相異なる半導体材料である、第1の材料aおよび第2の材料a’を含むことができる。それは、以下によって製造され得る:
- 鉱物材料から作られた構造化粒子bを、それぞれ、第1の材料aの粒子および第2の材料a’の粒子の形態にある半導体材料(1種または複数種)と混合すること、および/または、
- 担体粒子b上の半導体材料a、a’の化学的または物理化学的な堆積;構造化粒子b上の第1の半導体材料aおよび第2の半導体材料a’の両方の堆積による、または構造化粒子bの第1の部分上の第1の半導体材料aの堆積および構造化粒子bの第2の部分上の第2の半導体材料a’の堆積。
In one embodiment of the invention, the catalyst bed may include (at least) two different semiconductor materials, a first material a and a second material a'. It can be manufactured by:
- mixing structured particles b made of mineral material with semiconductor material(s) in the form of particles of a first material a and particles of a second material a', respectively; /or,
- chemical or physicochemical deposition of semiconductor material a, a' on carrier particles b; or by deposition of both a first semiconductor material a and a second semiconductor material a' on structured particles b; Deposition of a first semiconductor material a on a first part of structured particles b and a second semiconductor material a' on a second part of structured particles b.
それ故に、3種の異なる材料a、a’およびbの混合されるべき3種の粉末、すなわち、2種の粉末b+aおよびb+a’(第1の半導体または第2の半導体のいずれかによりカバーされた構造化粒子)、または単一の粉末b+a+a’(第1および第2の半導体の両方によりカバーされた構造化粒子)のいずれかが存在する。 Therefore, three powders of three different materials a, a' and b are to be mixed, namely two powders b+a and b+a' (covered by either the first semiconductor or the second semiconductor). There is either a single powder b+a+a' (structured particles covered by both the first and second semiconductor).
当然、同じ原理に基づいて、2種類より多い異なる半導体材料を用いることが可能である。また、半導体がそれらの表面に堆積される変形において、半導体材料によりカバーされていない構造化粒子の特定の部分をさらに含有している床のオプションも残っている。 Naturally, it is possible to use more than two different semiconductor materials based on the same principle. There also remains the option of beds that additionally contain certain parts of the structured particles that are not covered by the semiconductor material, in a variant in which semiconductors are deposited on their surfaces.
有利には、鉱物材料から作られた構造化粒子bは、金属酸化物(1種または複数種)から、特に周期表の第IIIa族および第IVa族の金属の酸化物から作られ得、好ましくは酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムと酸化ケイ素の混合物から選ばれる。 Advantageously, the structured particles b made of mineral material may be made of metal oxide(s), in particular of metals of groups IIIa and IVa of the periodic table, preferably is selected from aluminum oxide, silicon oxide, and mixtures of aluminum oxide and silicon oxide.
有利には、半導体材料a、a’および半導体材料a、a’の少なくとも一方は、無機半導体から選ばれ得る。無機半導体は、第IVa族の1種または複数種の元素、例えば、ケイ素、ゲルマニウム、炭化ケイ素またはケイ素-ゲルマニウムから選ばれ得る。それらはまた、第IIIa族および第Va族の元素、例えば、GaP、GaN、InPおよびInGaAs、または第IIb族および第VIa族の元素、例えば、CdS、ZnOおよびZnS、または第Ib族および第VIIa族の元素、例えば、CuClおよびAgBr、または第IVa族および第VIa族の元素、例えば、PbS、PbO、SnSおよびPbSnTe、または第Va族および第VIa族の元素、例えば、Bi2Te3およびBi2O3、または第IIb族および第Va族の元素、例えば、Cd3P2、Zn3P2およびZn3As2、または第Ib族および第VIa族の元素、例えば、CuO、Cu2OおよびAg2S、または第VIIIb族および第VIa族の元素、例えば、CoO、PdO、Fe2O3およびNiO、または第VIb族および第VIa族の元素、例えば、MoS2およびWO3、または第Vb族および第VIa族の元素、例えば、V2O5およびNbr2O5、または第IVb族および第VIa族の元素、例えば、TiO2およびHfS2、または第IIIa族および第VIa族の元素、例えば、In2O3およびIn2S3、または第VIa族およびランタニドの元素、例えば、Ce2O3、Pr2O3、Sm2S3、Tb2S3およびLa2S3、または第VIa族およびアクチニドの元素、例えば、UO2およびUO3から構成され得る。 Advantageously, the semiconductor materials a, a' and/or at least one of the semiconductor materials a, a' may be selected from inorganic semiconductors. The inorganic semiconductor may be selected from one or more elements of group IVa, for example silicon, germanium, silicon carbide or silicon-germanium. They also contain elements of groups IIIa and Va, such as GaP, GaN, InP and InGaAs, or elements of groups IIb and VIa, such as CdS, ZnO and ZnS, or elements of groups Ib and VIIa. elements of groups IVa and VIa, such as PbS, PbO, SnS and PbSnTe, or elements of groups Va and VIa, such as Bi 2 Te 3 and Bi 2 O 3 , or elements of groups IIb and Va, such as Cd 3 P 2 , Zn 3 P 2 and Zn 3 As 2 , or elements of groups Ib and VIa, such as CuO, Cu 2 O and Ag 2 S, or elements of groups VIIIb and VIa, such as CoO, PdO, Fe 2 O 3 and NiO, or elements of groups VIb and VIa, such as MoS 2 and WO 3 , or elements of groups Vb and VIa, such as V 2 O 5 and Nbr 2 O 5 ; or elements of groups IVb and VIa, such as TiO 2 and HfS 2 ; or elements of groups IIIa and VIa. , for example In2O3 and In2S3 , or elements of group VIa and the lanthanides , such as Ce2O3 , Pr2O3 , Sm2S3 , Tb2S3 and La2S3 , or It may be composed of elements of group VIa and actinides, such as UO 2 and UO 3 .
好ましくは、それらは、以下の金属酸化物:酸化チタン、酸化タングステン、酸化セリウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化銅、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化カドミウムのうちの少なくとも1種を含み、好ましくは、TiO2、Bi2O3、CdO、Ce2O3、CeO2、CeAlO3、CuO、Fe2O3、FeTiO3、ZnFe2O3、V2O5、ZnO、WO3およびZnFe2O4から、単独でまたは混合物として選ばれる。 Preferably, they contain at least one of the following metal oxides: titanium oxide, tungsten oxide, cerium oxide, bismuth oxide, zinc oxide, copper oxide, vanadium oxide, iron oxide, cadmium oxide, preferably: TiO2 , Bi2O3 , CdO, Ce2O3 , CeO2 , CeAlO3 , CuO , Fe2O3 , FeTiO3 , ZnFe2O3 , V2O5 , ZnO, WO3 and ZnFe2O4 selected from, alone or in a mixture.
半導体材料a、a’または半導体材料a、a’の少なくとも一方は、金属イオン、特に、V、Ni、Cr、Mo、Fe、Sn、Mn、Co、Re、Nb、Sb、La、Ce、Ta、Tiのイオンから、または非金属イオン、特に、C、N、S、F、Pから、または金属および非金属イオンの混合によって選ばれる1種または複数種のイオンをドープされ得る。 Semiconductor materials a, a' or at least one of semiconductor materials a, a' contain metal ions, particularly V, Ni, Cr, Mo, Fe, Sn, Mn, Co, Re, Nb, Sb, La, Ce, Ta. , Ti, or with one or more ions selected from non-metal ions, in particular C, N, S, F, P, or a mixture of metal and non-metal ions.
半導体材料a、a’または半導体材料a、a’の少なくとも一方は、元素周期表の第IVb族、第Vb族、第VIb族、第VIIb族、第VIIIb族、第Ib族、第IIb族、第IIIa族、第IVa族および第Va族の元素から選ばれる、金属状態にある1種または複数種の元素も含むことができ、好ましくは、前記半導体材料と直接的に接触している。それは、優先的には、白金、パラジウム、金、ニッケル、コバルト、ルテニウム、銀、銅、レニウムまたはロジウムからの金属である。 Semiconductor materials a, a' or at least one of semiconductor materials a, a' are group IVb, group Vb, group VIb, group VIIb, group VIIIb, group Ib, group IIb of the periodic table of elements, It may also contain one or more elements selected from the elements of group IIIa, group IVa and group Va in the metallic state, preferably in direct contact with said semiconductor material. It is preferentially a metal from platinum, palladium, gold, nickel, cobalt, ruthenium, silver, copper, rhenium or rhodium.
本明細書全体を通じて、化学元素の族は、新分類に従うのではなく、CAS IUPAC分類(CRC Handbook of Chemistry and Physics、出版社CRC Press、第81版, 2000-2001)に従って与えられることに留意されるべきである。例えば、CAS分類による第VIII族は、新IUPAC分類による8族、9族および10族の金属に対応する。
It is noted that throughout this specification, groups of chemical elements are given according to the CAS IUPAC classification (CRC Handbook of Chemistry and Physics, publisher CRC Press, 81st edition, 2000-2001), rather than according to the new classification. Should. For example, Group VIII according to the CAS classification corresponds to
本発明による触媒床は、最大1cm、特に最大5mm、かつ、特に少なくとも10μmの厚さを示すことができる。好ましくは、その厚さは少なくとも100または200ミクロンである。この厚さは、照射源から床への放射線の浸透の深さに特に依存する。 The catalyst bed according to the invention can exhibit a thickness of at most 1 cm, especially at most 5 mm, and especially at least 10 μm. Preferably, the thickness is at least 100 or 200 microns. This thickness depends inter alia on the depth of penetration of the radiation from the irradiation source into the floor.
本発明の別の主題は、上記で定義された触媒床を得るための方法であって、一方の、鉱物材料の構造化粒子bと、他方の、半導体材料aの粒子とを混合して、床内に2種のタイプの粒子の均一な分布を生じさせる方法にある。実験室スケールおよび工業スケールの両方で、スクリューミキサ/ミルのタイプのデバイスが存在し、均一な混合を確実にする。 Another subject of the invention is a method for obtaining a catalyst bed as defined above, comprising mixing structured particles b of a mineral material, on the one hand, and particles of a semiconductor material a, on the other hand. The method consists in creating a uniform distribution of two types of particles within the bed. On both laboratory and industrial scales, screw mixer/mill type devices exist to ensure uniform mixing.
本発明の別の主題は、上記で定義された触媒床を得る方法であって、半導体材料a、a’または半導体材料a、a’の少なくとも一方の鉱物材料の構造化粒子b上の堆積を、半導体材料の少なくとも1種の前駆体の溶液を前記構造化粒子に含浸させることによって、またはイオン交換によって、または特に溶融塩を用いるタイプの電気化学的ルートによって行い、次いで乾燥および任意の焼成を行う、方法にある。また、化学蒸着(chemical vapor deposition:CVD)、噴霧乾燥もしくは原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)、またはこのタイプの堆積における専門家に知られている任意の他の技術を選ぶことも可能である。 Another subject of the invention is a method for obtaining a catalyst bed as defined above, comprising the deposition on structured particles b of a mineral material of at least one of the semiconductor materials a, a' or the semiconductor materials a, a'. , by impregnating said structured particles with a solution of at least one precursor of a semiconductor material, or by ion exchange or by an electrochemical route, in particular of the type using molten salts, followed by drying and optional calcination. It's in the method of doing it. It is also possible to choose chemical vapor deposition (CVD), spray drying or atomic layer deposition (ALD), or any other technique known to the expert in this type of deposition. be.
本発明の別の主題は、ガス状および/または液状の形態にある供給原料の光触媒処理のためのあらゆる反応器であって、上記で定義された少なくとも1個の光触媒床を含み、前記反応器内に固定された様式で取り付けられている反応器である。これは、構造化粒子上のミー散乱の利点が最もうまく利用され得るのは、(移動床反応器とは対照的に)床が固定されている場合であるからである。 Another subject of the invention is any reactor for the photocatalytic treatment of feedstocks in gaseous and/or liquid form, comprising at least one photocatalytic bed as defined above, said reactor A reactor that is installed in a fixed manner within a reactor. This is because the benefits of Mie scattering on structured particles can be best exploited when the bed is fixed (as opposed to a moving bed reactor).
本発明の別の主題は、ガス状または液状の形態にある供給原料の光触媒処理のための方法であって、以下のようになっている方法である:
- 上記で定義された少なくとも1個の光触媒床を、反応器内に固定された様式で配置する、
- 前記供給原料を反応器内で触媒床と接触させる、および
- 光触媒床に、接触操作の間、UVA-A範囲および/またはUV-B範囲および/または可視範囲、特に220~800nmの波長範囲、好ましくは300~750nmの波長範囲で放射する少なくとも1個の照射源により照射する。
Another subject of the invention is a method for the photocatalytic treatment of feedstocks in gaseous or liquid form, comprising:
- arranging at least one photocatalyst bed as defined above in a fixed manner within the reactor;
- contacting said feedstock with a catalyst bed in a reactor, and - applying to the photocatalyst bed, during the contacting operation, a wavelength in the UVA-A range and/or in the UV-B range and/or in the visible range, in particular in the wavelength range from 220 to 800 nm. , preferably by at least one radiation source emitting in the wavelength range from 300 to 750 nm.
本発明の別の主題は、光触媒処理が、以下のようになっている方法にある:
- 供給原料の汚染除去/除染を特に目的とする、液状またはガス状の供給原料中に存在する成分の光酸化、または
- 液状またはガス状にある供給原料のCO2の光触媒還元、または
- H2を生成することを目的とする液状またはガス状にある供給原料の水の光分解。
Another subject of the invention is a method in which the photocatalytic treatment is:
- photooxidation of components present in the feedstock in liquid or gaseous form, specifically for the decontamination/decontamination of the feedstock, or - photocatalytic reduction of CO 2 in the feedstock in liquid or gaseous form, or - Photolysis of feedstock water in liquid or gaseous form for the purpose of producing H2.
(図面のリスト)
図1は、レイリー型散乱およびミー型散乱による粒子上の入射ビームの図式的再発光パターンを示す。
(List of drawings)
FIG. 1 shows a schematic re-emission pattern of an incident beam on a particle due to Rayleigh-type scattering and Mie-type scattering.
図2は、本発明による光触媒材料の実施形態により用いられた酸化チタンから作られた半導体粒子の透過型電子顕微鏡(transmission electron microscopy:TEM)画像を示す。 FIG. 2 shows a transmission electron microscopy (TEM) image of semiconductor particles made from titanium oxide used in accordance with embodiments of photocatalytic materials according to the present invention.
図3は、本発明による光触媒材料の実施形態により用いられた酸化ケイ素から作られた構造化粒子の走査型電子顕微鏡(scanning electron microscopy:SEM)画像を示す。 FIG. 3 shows a scanning electron microscopy (SEM) image of structured particles made from silicon oxide used in accordance with embodiments of photocatalytic materials according to the present invention.
図4は、本発明による光触媒材料の性能品質を測定することを目的とした設備の簡略図を表す。 FIG. 4 represents a simplified diagram of an installation aimed at measuring the performance quality of photocatalytic materials according to the invention.
図5は、本発明による材料の2つの例の光触媒性能品質を定量化するグラフを表し、横軸上に、本発明の材料の酸化チタンから作られた半導体の体積による分率を有し、本発明の材料は、この半導体粒子および酸化ケイ素から作られた構造化粒子を含み、縦軸上に、μmol/m2で表される、平方メートル当たりの20時間にわたる電子の全消費量を有する。 FIG. 5 represents a graph quantifying the photocatalytic performance quality of two examples of materials according to the invention, with on the horizontal axis the fraction by volume of semiconductors made from titanium oxide of the materials according to the invention; The material of the invention comprises structured particles made of this semiconductor particle and silicon oxide and has, on the vertical axis, a total consumption of electrons over 20 hours per square meter, expressed in μmol/m 2 .
(実施形態の説明)
本発明は、鉱物構造化粒子を有する光触媒床の組成物に関する。鉱物構造化粒子は、この場合固体のものであり、光源によって発せられる放射線の波長に従って校正されて、半導体材料を活性にし、放射線が大きく、かつ、ミー散乱を利用することによってこれらの球の表面に入射する放射線の方向に優先的に散乱するようにする。
(Description of embodiment)
The present invention relates to compositions of photocatalyst beds having mineral structured particles. The mineral structured particles, solid in this case, are calibrated according to the wavelength of the radiation emitted by the light source, activating the semiconductor material, where the radiation is large, and by utilizing Mie scattering the surface of these spheres is so that it is preferentially scattered in the direction of the radiation incident on it.
それ故に、図1は、上述したミー散乱の現象を簡単に図式的に表している:左側に、所与の波長λの放射線を放出する光源Sが象徴的に表されている。球形粒子P1の直径は、本発明に従って較正されておらず、0.1λ未満である。球形粒子P1は、入射放射線をすべての方向にかなり均一に再放出する;これはレイリー散乱である。他方で、粒子P2の直径は、0.1λ~10λになるように較正されており、粒子P2は、入射放射線の方向に沿って有利に放射線を再放出する;これはミー散乱である。これは、本発明が使用するものであり、その結果、較正された粒子は、より多くの放射線を触媒床の深さに「導き」、その伝播を容易にするため、半導体材料がより良好に使用される。 FIG. 1 therefore represents simply and diagrammatically the phenomenon of Mie scattering described above: on the left, a light source S emitting radiation of a given wavelength λ is symbolically represented. The diameter of the spherical particles P1 is not calibrated according to the invention and is less than 0.1λ. Spherical particles P1 reemit incident radiation fairly uniformly in all directions; this is Rayleigh scattering. On the other hand, the diameter of the particle P2 is calibrated to be between 0.1λ and 10λ, and the particle P2 advantageously re-emits radiation along the direction of the incident radiation; this is Mie scattering. This is what the present invention uses, so that the calibrated particles "guide" more radiation into the depth of the catalyst bed and facilitate its propagation, so that the semiconductor material is better used.
これらの粒子と組み合わされた半導体材料は、次いで、その光触媒活性の驚くべき増大を経験する。この活性は、液状および/またはガス状の流体の光触媒作用の活性の全ての既知の分野において利用することができる。それは、CO2の還元、水の光転化によるH2の光触媒生成(「水分解」という用語でも表される)、さらには空気の光触媒汚染除去(VOCの変換)または水の光触媒汚染除去であり得る。 The semiconductor material combined with these particles then experiences a surprising increase in its photocatalytic activity. This activity can be utilized in all known fields of photocatalytic activity of liquid and/or gaseous fluids. It can be the reduction of CO2 , the photocatalytic production of H2 by photoconversion of water (also denoted by the term "water splitting"), or even the photocatalytic decontamination of air (conversion of VOCs) or photocatalytic decontamination of water. obtain.
本発明は、異なる光触媒材料および異なる構造化粒子を用いて、非限定的な実施例によって以下に例証されることになる。 The invention will be illustrated below by non-limiting examples using different photocatalytic materials and different structured particles.
(光触媒材料)
光触媒材料a1。光触媒材料a1は、酸化チタンである:それは、Aldrichから商品名Aeroxide(登録商標)P25として入手可能なTiO2であり、純度は99.5%である。酸化チタンは、微粒子の形態にある。その粒子サイズは、透過型電子顕微鏡(TEM)によって測定されて、21nmである。その比表面積は、BET法によって測定されて、52m2/gである。BETは、略語である:それは、S. Brunauer、P. H. EmmettおよびE. TellerのJ. Am. Chem.S oc.、1938、60(2)、pp 309-319に定義されているBrunauer-Emmett-Teller法である。
(Photocatalyst material)
Photocatalyst material a1. The photocatalytic material a1 is titanium oxide: it is TiO 2 available from Aldrich under the trade name Aerooxide® P25 and has a purity of 99.5%. Titanium oxide is in the form of fine particles. Its particle size is 21 nm as measured by transmission electron microscopy (TEM). Its specific surface area, determined by the BET method, is 52 m 2 /g. BET is an abbreviation: it is Brunauer-Emmett- as defined in S. Brunauer, PH Emmett and E. Teller, J. Am. Chem.S oc., 1938, 60(2), pp 309-319. This is the Teller method.
結晶学的には、この酸化チタンは、ルチル型とアナターゼ型の混合物の形態にある。 Crystallographically, this titanium oxide is in the form of a mixture of rutile and anatase forms.
図2は、これらの酸化チタン粒子のTEMによって得られた図である:それらは、不規則な形状のものであること、および、それらは、凝集する傾向があることがわかる。 Figure 2 is a view obtained by TEM of these titanium oxide particles: it can be seen that they are of irregular shape and that they tend to agglomerate.
光触媒材料a2。光触媒材料a2は、以下の方法で光蒸着によって調製された白金金属粒子が添加された酸化チタンである:
0.0712gのH2PtCl6・6H2O(37.5重量%の金属)を500mLの蒸留水中に導入する。この溶液50mLを取り出し、ジャケット付きガラス製反応器に入れる。次いで、メタノール3mL、続いてa1型のTiO2(Aeroxide(登録商標)P25、Aldrich(登録商標)、純度>99.5%)250mgを撹拌しながら添加して、懸濁液を形成する。
Photocatalyst material a2. Photocatalytic material a2 is titanium oxide doped with platinum metal particles prepared by photodeposition in the following way:
0.0712 g of H 2 PtCl 6.6H 2 O (37.5% by weight metal) is introduced into 500 mL of distilled water. Remove 50 mL of this solution and place in a jacketed glass reactor. 3 mL of methanol is then added with stirring, followed by 250 mg of TiO 2 of type a1 (Aeroxide® P25, Aldrich®, purity >99.5%) to form a suspension.
次いで、混合物を撹拌しながらUV照射下に2時間にわたって放置する。UV放射線を供給するために用いられるランプは、125W HPK(登録商標)水銀蒸気ランプである。続いて、混合物を10分にわたって3000回転/分で遠心分離して、固体を回収する。続いて、水による2回の洗浄操作を行い、洗浄操作のそれぞれの後に遠心分離を行う。最後に、回収された粉末を、オーブン中、70℃で24時間にわたって置く。 The mixture is then left under UV irradiation for 2 hours with stirring. The lamp used to provide UV radiation is a 125W HPK® mercury vapor lamp. The mixture is then centrifuged at 3000 rpm for 10 minutes to collect the solids. This is followed by two wash operations with water, each of which is followed by centrifugation. Finally, the recovered powder is placed in an oven at 70° C. for 24 hours.
これにより、光触媒材料a2を得る。Pt元素の含有率は、誘導結合プラズマ原子発光分光法(inductively coupled plasma- atomic emission spectroscopy:ICP-AES)によって0.99重量%と測定される。 Thereby, photocatalyst material a2 is obtained. The content of Pt element is determined to be 0.99% by weight by inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES).
光触媒材料a3。光触媒材料a3は、WO3をベースとする市販の半導体である(Sigma-Aldrichから入手可能、100nm未満の粒子サイズを示す)。比表面積は、BET法によって測定されて、20m2/gに等しい。光触媒材料の粒子サイズは、X線回折法(デバイ・シェラー法)によって測定されて、50±5nmである。 Photocatalyst material a3. Photocatalytic material a3 is a commercially available semiconductor based on WO3 (available from Sigma-Aldrich, exhibiting a particle size of less than 100 nm). The specific surface area, determined by the BET method, is equal to 20 m 2 /g. The particle size of the photocatalytic material is 50±5 nm, as measured by X-ray diffraction (Debye-Scherrer method).
光触媒材料a4。光触媒材料a4は、酸化チタンおよび酸化銅と、白金Cu2O/Pt/TiO2の粒子との混合物である。それは、以下の方法で調製される:
Cu(NO3)2の溶液の調製を、Cu(NO3)2・3H2O(Sigma-Aldrich(登録商標)、98%)0.125gを50mLの50/50イソプロパノール/H2O混合液、すなわちCu2+の濃度は10.4mmol/Lである液に溶解させることにより行う。
Photocatalyst material a4. Photocatalyst material a4 is a mixture of titanium oxide and copper oxide and platinum Cu 2 O/Pt/TiO 2 particles. It is prepared in the following way:
A solution of Cu (NO 3 ) 2 was prepared by adding 0.125 g of Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O (Sigma-Aldrich®, 98%) to 50 mL of a 50/50 isopropanol/H 2 O mixture. That is, Cu 2 + is dissolved in a solution having a concentration of 10.4 mmol/L.
以下のものを反応器に導入した:光触媒材料a2 0.20g、蒸留水25mL、および最後にイソプロパノール25mL。系を暗所中、アルゴンの流れ(100mL/分)下で2時間にわたってパージする。反応器を、合成全体を通して25℃にサーモスタット制御する。 The following was introduced into the reactor: 0.20 g of photocatalytic material a2, 25 mL of distilled water, and finally 25 mL of isopropanol. The system is purged in the dark under a flow of argon (100 mL/min) for 2 hours. The reactor is thermostatically controlled at 25° C. throughout the synthesis.
続いて、アルゴンの流れを30mL/分に減速し、反応混合物の照射を開始する。UV放射線を提供するために用いられるランプは、125W HPK(登録商標)水銀蒸気ランプである。次いで、硝酸銅溶液50mLを混合物に添加する。混合物を撹拌しながら照射下に10時間にわたって放置する。続いて、混合物を10分にわたって3000回転/分で遠心分離して、固体を回収する。続いて、水による2回の洗浄操作を行い、洗浄操作のそれぞれの後に遠心分離を行う。最後に、回収された粉末を、オーブン中、70℃で24時間にわたって置く。 Subsequently, the argon flow is reduced to 30 mL/min and irradiation of the reaction mixture begins. The lamp used to provide UV radiation is a 125W HPK® mercury vapor lamp. Then 50 mL of copper nitrate solution are added to the mixture. The mixture is left under irradiation for 10 hours with stirring. The mixture is then centrifuged at 3000 rpm for 10 minutes to collect the solids. This is followed by two wash operations with water, each of which is followed by centrifugation. Finally, the recovered powder is placed in an oven at 70° C. for 24 hours.
光触媒材料a4、Cu2O/Pt/TiO2をここで得る。Cu元素の含有率は、ICP-AESによって2.2重量%と測定される。XPS(X-Ray Photoelectron Spectrometry:X線光電子分光法)測定によって、酸化銅相は、Cu2O67%およびCuO33%である。 Photocatalyst material a4, Cu 2 O/Pt/TiO 2 is obtained here. The content of Cu element is determined to be 2.2% by weight by ICP-AES. According to XPS (X-Ray Photoelectron Spectrometry) measurement, the copper oxide phase is 67% Cu 2 O and 33% CuO.
(構造化粒子)
構造化粒子b1。以下の実施例のいくつかにおいて選ばれる構造化粒子b1は、市販のSiO2をベースとする酸化ケイ素から作られた球形粒子であり、Alfa Aesarから得られ得る(CAS:7631-86-9):これらは、99.9%超の純度を有するビーズであり、その平均径は、レーザー粒子サイズ分析によって測定されて、0.4μmである。
(Structured particles)
Structured particles b1. The structured particles b1 chosen in some of the following examples are spherical particles made from commercially available SiO 2 -based silicon oxide and can be obtained from Alfa Aesar (CAS:7631-86-9) : These are beads with a purity of greater than 99.9%, the average diameter of which is 0.4 μm, as determined by laser particle size analysis.
図3は、これらのビーズのSEMによって得られた図であり、それらのサイズおよびそれらの形状において非常に均一であることが実際に分かる。 Figure 3 is a view obtained by SEM of these beads and it can indeed be seen that they are very uniform in their size and their shape.
構造化粒子b2。他の実施例において選ばれた構造化粒子b2は、市販のSiO2をベースとする酸化ケイ素から作られた粒子であり、Sigma-Aldrichから市販参照名Davisil Grade 710,10~14μmとして得られ得る:これらは、99%超の純度を有するビーズであり、その平均寸法は、レーザー粒子サイズ分析によって測定されて、12.7μm(体積による分布)である。 Structured particles b2. The structured particles b2 chosen in another example are particles made from commercially available SiO 2 based silicon oxide, which can be obtained from Sigma-Aldrich under the commercial reference Davisil Grade 710, 10-14 μm. : These are beads with a purity of >99%, the average size of which is 12.7 μm (distribution by volume), as determined by laser particle size analysis.
半導体粒子a1~a4と構造化粒子b1(SiO2粉末)またはb2(b1の粒子サイズより大きい粒子サイズを有するSiO2粉末)を、0体積%と75体積%との間で変動する希釈率で機械的に混合し、材料中に2種のタイプの粒子の均一な分布を得る。本発明の意味において、「希釈率」は、鉱物材料から作られた構造化粒子によって占められる体積対半導体材料(1種または複数種)および構造化粒子の合計によって占められる体積の比に等しいことが想起される。 Semiconductor particles a1-a4 and structured particles b1 (SiO 2 powder) or b2 (SiO 2 powder with a particle size larger than the particle size of b1) at a dilution rate varying between 0% and 75% by volume. Mix mechanically to obtain a uniform distribution of the two types of particles in the material. In the sense of the present invention, "dilution factor" is equal to the ratio of the volume occupied by structured particles made of mineral material to the volume occupied by the sum of semiconductor material(s) and structured particles. is recalled.
続いて、図4に示されるように、各実施例の光触媒材料の各サンプル(3)を、気相中のCO2の光触媒還元の試験に以下の方法で供する:連続的に操作する反応器(1)の使用をし、そのキャビティ内に固定床(2)を水平に配置し、その床は、焼結材料(4)を含んでおり、焼結材料(4)上にサンプル(3)が置かれる。反応器(1)は、その上壁に、石英製の光学窓(5)を有し、これにサンプル(3)が面している。反応器の上方で、窓(5)に面して、UV-可視照射源(6)が配置されている。 Subsequently, as shown in Figure 4, each sample (3) of the photocatalytic material of each example is subjected to a test for photocatalytic reduction of CO2 in the gas phase in the following manner: a continuously operated reactor. (1), horizontally placing a fixed bed (2) in the cavity, the bed containing the sintered material (4), and placing the sample (3) on the sintered material (4). is placed. The reactor (1) has in its upper wall an optical window (5) made of quartz, facing the sample (3). Above the reactor, facing the window (5), a UV-visible radiation source (6) is arranged.
操作中、反応器(1)は、上部の入口を介してガス状CO2の流れ(7)を給送され、この流れは、水(8)で満たされた容器/飽和器内で予めバブリングされている。流れ(7)は、サンプル(3)を通過し、次いで、下部における出口を介して流れ(9)の形態で排出され、この流れ(9)は、マイクロガスクロマトグラフタイプのガス分析器(10)によってインラインで分析される。 During operation, the reactor (1) is fed with a stream of gaseous CO 2 (7) via the upper inlet, which stream has been previously bubbled in a vessel/saturator filled with water (8). has been done. The stream (7) passes through the sample (3) and is then discharged via an outlet in the lower part in the form of a stream (9), which stream (9) is passed through a gas analyzer (10) of the micro gas chromatograph type. is analyzed inline by
UV-可視照射源(6)は、Asahiから商品名MAX303の下に入手可能なキセノンランプである。 The UV-visible radiation source (6) is a xenon lamp available from Asahi under the trade name MAX303.
試験は、45~70mgの量のサンプル(3)について行われ、その重量は、それらの選ばれた希釈率に応じて変動し、触媒床(2)の厚さ、それ故に、サンプル(3)の厚さは、固定されたままであり、0.3mmに等しい。 The tests were carried out on samples (3) in an amount of 45-70 mg, the weight of which varies depending on their chosen dilution, the thickness of the catalyst bed (2) and therefore the sample (3). The thickness of remains fixed and equal to 0.3 mm.
操作条件は、以下の通りである:
- 周囲温度
- 大気圧
- 水飽和器(8)を通過するCO2の流量(7):18mL/h
- 各サンプルについての試験の継続期間:20h
- キセノンランプ(6)の照射出力:80W/m2に一定維持され、315~400nmの波長範囲で測定する。
The operating conditions are as follows:
- Ambient temperature - Atmospheric pressure - Flow rate (7) of CO 2 through the water saturator (8): 18 mL/h
- Duration of test for each sample: 20h
- Irradiation output of the xenon lamp (6): kept constant at 80 W/m 2 and measured in the wavelength range of 315-400 nm.
CO2の目標転化は、以下の反応に対応する。 The target conversion of CO2 corresponds to the following reaction.
サンプルの光触媒性能品質の測定は、デバイス(10)を有するマイクロクロマトグラフィによって行われ、CO2およびH2Oの還元から生じるH2、CH4およびCOの生成は、6分ごとの分析によってモニターされる。CO2の還元の生成物、例えば、CO、メタン、さらにはエタンが特定される。平均光触媒活性は、試験の継続期間にわたる、照射された触媒表面積1平方メートル当たりの反応によって消費される光生成電子のμmolで表される。 Determination of the photocatalytic performance quality of the samples was carried out by microchromatography with a device (10), and the production of H 2 , CH 4 and CO resulting from the reduction of CO 2 and H 2 O was monitored by analysis every 6 minutes. Ru. Products of the reduction of CO 2 are identified, such as CO, methane and even ethane. The average photocatalytic activity is expressed in μmol of photogenerated electrons consumed by the reaction per square meter of irradiated catalyst surface area over the duration of the test.
(実施例)
実施された実施例の全ておよびその結果を以下の表1に示す。
(Example)
All of the examples performed and their results are shown in Table 1 below.
この表から、本発明による半導体材料と構造化粒子とを組み合わせた「混合」材料の光触媒活性は、材料の光触媒活性の原因となる半導体材料のみからなる材料の光触媒活性よりも非常に顕著に高いことが見出される。 From this table, it can be seen that the photocatalytic activity of the "mixed" material combining semiconductor material and structured particles according to the invention is very significantly higher than the photocatalytic activity of the material consisting only of semiconductor material, which is responsible for the photocatalytic activity of the material. It is found that
実施例1(比較例)と実施例2の結果を比較すると、半導体材料が25%少ないと(実施例2)、光触媒活性が跳ね上がり、4.5倍になることがわかる。別の半導体(材料a2、a3、a4)から開始すると、「開始」時の光触媒活性は、100%半導体で作られた材料の方が高く、本発明は、それを構造化粒子と組み合わせることによって、それを少なくとも4倍高めることができる:実施例9は、それ故に、優れたレベルの光触媒活性を達成する。 Comparing the results of Example 1 (comparative example) and Example 2, it can be seen that when the amount of semiconductor material is reduced by 25% (Example 2), the photocatalytic activity jumps up to 4.5 times. Starting from another semiconductor (materials a2, a3, a4), the photocatalytic activity at the "start" is higher for the material made of 100% semiconductor, and the present invention shows that by combining it with structured particles , it can be increased by at least 4 times: Example 9 therefore achieves an excellent level of photocatalytic activity.
図5は、グラフの形態で、実施例2および3の結果を表している。TiO2から作られた粒子の体積分率を横軸に示し、20時間にわたる平方メートル当たりの電子の全消費量を縦軸に示す。この図から、構造化粒子b2のサイズが大きすぎる実施例3(グラフの菱形)は、ミー散乱に有利になるようにサイズが較正された構造化粒子b1を用いる実施例2(グラフの丸印)によるよりもはるかに劣る結果を示していることがわかる。 FIG. 5 depicts the results of Examples 2 and 3 in graphical form. The volume fraction of particles made from TiO 2 is shown on the horizontal axis and the total consumption of electrons per square meter over 20 hours is shown on the vertical axis. From this figure, it can be seen that Example 3 (diamond in the graph), in which the structured particle b2 is too large in size, is different from Example 2 (circle in the graph), which uses structured particles b1 whose size is calibrated to be advantageous for Mie scattering. ) shows much inferior results.
構造化粒子のこの較正は、選択および取得が簡単であり、材料タイプのマクロまたはミクロ多孔性の制御がより複雑である他のパラメータを改良しなければならない場合よりも著しく簡単である。 This calibration of structured particles is simple to select and obtain, and is significantly easier than having to refine other parameters where controlling the macro- or micro-porosity of the material type is more complex.
本発明は、その実施において非常に柔軟であることが理解される:性能の望みのレベルに応じて、設備の品目および選ばれた反応器に応じて、材料のチョイス、希釈率および2つの材料間の混合が行われるであろう方法(機械的混合、化学的または物理化学的統合など)を変化させることによって、本発明による材料の組成を適合させることが可能であるだろう。 It will be appreciated that the invention is very flexible in its implementation: depending on the desired level of performance, the choice of materials, the dilution ratio and the It would be possible to adapt the composition of the materials according to the invention by varying the way in which the mixing between them would be carried out (mechanical mixing, chemical or physico-chemical integration, etc.).
Claims (15)
- 鉱物材料から作られた構造化粒子bを、粒子の形態にある半導体材料aと混合すること、および/または
- 鉱物材料から作られた構造化粒子b上の半導体材料aの化学的または物理化学的な堆積
によって生じさせられ、
構造化粒子bは、本質的に球形状であり、22nm~8.0μm、好ましくは30nm~7.5μmの平均径を有することを特徴とする触媒床。 A catalyst bed comprising a particulate photocatalytic catalyst, said bed comprising structured particles b made of mineral material, said structured particles in combination with at least one semiconductor material a having photocatalytic properties. and this combination is:
- mixing structured particles b made of mineral material with semiconductor material a in the form of particles; and/or - chemical or physical mixing of semiconductor material a on structured particles b made of mineral material; caused by chemical deposition;
Catalyst bed characterized in that the structured particles b are essentially spherical and have an average diameter of 22 nm to 8.0 μm, preferably 30 nm to 7.5 μm.
- 鉱物材料から作られた構造化粒子bを、それぞれ、第1の材料aの粒子および第2の材料a’の粒子の形態にある半導体材料(1種または複数種)と混合すること、および/または、
- 担体粒子b上の半導体材料a、a’の化学的または物理化学的な堆積;構造化粒子b上の第1の半導体材料aおよび第2の半導体材料a’の両方の堆積、または構造化粒子bの第1の部分上の第1の半導体材料aの堆積および構造化粒子bの第2の部分上の第2の半導体材料a’の堆積のいずれかによる。 comprising at least two different semiconductor materials, a first material a and a second material a'. Catalyst bed according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is produced by:
- mixing structured particles b made of mineral material with semiconductor material(s) in the form of particles of a first material a and particles of a second material a', respectively; /or,
- chemical or physicochemical deposition of the semiconductor material a, a' on the carrier particles b; deposition or structuring of both the first semiconductor material a and the second semiconductor material a' on the structured particles b; Either by depositing a first semiconductor material a on a first part of the particle b and by depositing a second semiconductor material a' on a second part of the structured particle b.
- 請求項1~10のいずれか1つに記載の少なくとも1個の光触媒床(2)を、反応器(1)内に固定された様式で配置する、
- 前記供給原料(7)を反応器内で触媒床(2)と接触させる、および
- 光触媒床(2)に、接触操作の間、UVA-A範囲および/またはUV-B範囲および/または可視範囲、特に220~800nmの波長範囲、好ましくは300~750nmの波長範囲で放射する少なくとも1個の照射源(6)により照射する。 A method for the photocatalytic treatment of feedstocks (7) in gaseous and/or liquid form, characterized in that:
- arranging at least one photocatalyst bed (2) according to any one of claims 1 to 10 in a fixed manner in the reactor (1);
- contacting said feedstock (7) with a catalyst bed (2) in a reactor, and - the photocatalyst bed (2) being exposed to UV-A range and/or UV-B range and/or visible radiation during the contacting operation. irradiation by at least one radiation source (6) emitting in the wavelength range, in particular in the wavelength range from 220 to 800 nm, preferably in the wavelength range from 300 to 750 nm.
- 供給原料の汚染除去/除染を特に目的とする、液状またはガス状の供給原料中に存在する成分の光酸化、または
- 液状またはガス状にある供給原料のCO2の光触媒還元、または
- H2を生成することを目的とする液状またはガス状の供給原料の水の光分解。 The method according to claim 14, characterized in that the photocatalytic treatment is as follows:
- photooxidation of components present in the feedstock in liquid or gaseous form, specifically for the decontamination/decontamination of the feedstock, or - photocatalytic reduction of CO 2 in the feedstock in liquid or gaseous form, or - Photolysis of liquid or gaseous feedstock water with the purpose of producing H2 .
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2010561A FR3115219B1 (en) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | Catalytic bed comprising a particulate photocatalytic catalyst |
FR2010561 | 2020-10-15 | ||
PCT/EP2021/077607 WO2022078856A1 (en) | 2020-10-15 | 2021-10-06 | Catalytic bed comprising a particular photocatalytic catalyst |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023546080A true JP2023546080A (en) | 2023-11-01 |
JPWO2022078856A5 JPWO2022078856A5 (en) | 2024-10-15 |
Family
ID=74183319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023522773A Pending JP2023546080A (en) | 2020-10-15 | 2021-10-06 | Catalyst bed containing particulate photocatalytic catalyst |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230381767A1 (en) |
EP (1) | EP4228805A1 (en) |
JP (1) | JP2023546080A (en) |
CN (1) | CN116348200A (en) |
FR (1) | FR3115219B1 (en) |
WO (1) | WO2022078856A1 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITSA20080012A1 (en) * | 2008-05-29 | 2009-11-30 | Univ Degli Studi Salerno | CATALYTIC PHOTOREACTOR WITH HIGH LIGHT EFFICIENCY FOR INTENSIFIED PHOTOSSIDATION PROCESSES |
FR3065649B1 (en) | 2017-04-28 | 2020-05-29 | IFP Energies Nouvelles | POROUS MONOLITHE CONTAINING TIO2 AND PROCESS FOR PREPARING SAME |
-
2020
- 2020-10-15 FR FR2010561A patent/FR3115219B1/en active Active
-
2021
- 2021-10-06 EP EP21810927.0A patent/EP4228805A1/en active Pending
- 2021-10-06 WO PCT/EP2021/077607 patent/WO2022078856A1/en active Application Filing
- 2021-10-06 US US18/031,728 patent/US20230381767A1/en active Pending
- 2021-10-06 CN CN202180070299.6A patent/CN116348200A/en active Pending
- 2021-10-06 JP JP2023522773A patent/JP2023546080A/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230381767A1 (en) | 2023-11-30 |
WO2022078856A1 (en) | 2022-04-21 |
FR3115219A1 (en) | 2022-04-22 |
CN116348200A (en) | 2023-06-27 |
EP4228805A1 (en) | 2023-08-23 |
FR3115219B1 (en) | 2023-07-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210252486A1 (en) | Novel method of manufacture of metal nanoparticles and metal single-atom materials on various substrates and novel compositions | |
Khore et al. | Solar light active plasmonic Au@ TiO 2 nanocomposite with superior photocatalytic performance for H 2 production and pollutant degradation | |
Jiao et al. | Synthesis of 3D ordered macroporous TiO2-supported Au nanoparticle photocatalysts and their photocatalytic performances for the reduction of CO2 to methane | |
Sun et al. | Improving g-C3N4 photocatalysis for NOx removal by Ag nanoparticles decoration | |
Height et al. | Ag-ZnO catalysts for UV-photodegradation of methylene blue | |
Chen et al. | Ni/TiO2: A promising low-cost photocatalytic system for solar H2 production from ethanol–water mixtures | |
Ola et al. | Performance comparison of CO2 conversion in slurry and monolith photoreactors using Pd and Rh-TiO2 catalyst under ultraviolet irradiation | |
Yao et al. | Effect of preparation method on the hydrogen production from methanol steam reforming over binary Cu/ZrO2 catalysts | |
Li et al. | Preparation of silver-modified TiO2 via microwave-assisted method and its photocatalytic activity for toluene degradation | |
Chen et al. | Effect of Pt/TiO2 characteristics on temporal behavior of o-cresol decomposition by visible light-induced photocatalysis | |
Aramendía et al. | Modification of the photocatalytic activity of Pd/TiO2 and Zn/TiO2 systems through different oxidative and reductive calcination treatments | |
Ro et al. | Measurement of intrinsic catalytic activity of Pt monometallic and Pt-MoOx interfacial sites over visible light enhanced PtMoOx/SiO2 catalyst in reverse water gas shift reaction | |
Murcia et al. | Insights towards the influence of Pt features on the photocatalytic activity improvement of TiO2 by platinisation | |
Feng et al. | Preparation and structure-property relationships of supported trimetallic PdAuAg catalysts for the selective hydrogenation of acetylene | |
Qu et al. | High catalytic activity for formaldehyde oxidation of AgCo/APTES@ MCM-41 prepared by two steps method | |
Kang et al. | Photocatalytic performance of nanometer-sized FexOy/TiO2 particle synthesized by hydrothermal method | |
Kočí et al. | Sol–gel derived Pd supported TiO2-ZrO2 and TiO2 photocatalysts; their examination in photocatalytic reduction of carbon dioxide | |
Colón et al. | Gas phase photocatalytic oxidation of toluene using highly active Pt doped TiO2 | |
Bonelli et al. | Total oxidation of volatile organic compounds on Au/FeOx catalysts supported on mesoporous SBA-15 silica | |
Roškarič et al. | The influence of synthesis conditions on the visible-light triggered photocatalytic activity of g-C3N4/TiO2 composites used in AOPs | |
Sun et al. | Manipulating Copper Dispersion on Ceria for Enhanced Catalysis: A Nanocrystal‐Based Atom‐Trapping Strategy | |
Yoshida et al. | Influence of crystallite size of TiO 2 supports on the activity of dispersed Pt catalysts in liquid-phase selective hydrogenation of 3-nitrostyrene, nitrobenzene, and styrene | |
Selishchev et al. | Surface modification of TiO2 with Pd nanoparticles for enhanced photocatalytic oxidation of benzene micropollutants | |
Kuvarega et al. | Evaluation of the simulated solar light photocatalytic activity of N, Ir co-doped TiO2 for organic dye removal from water | |
Bardey et al. | Plasmonic photocatalysis applied to solar fuels |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241004 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241004 |